锰酸钾 :一种呈暗绿色的无机化合物

更新时间:2024-09-20 17:21

锰酸钾( manganate)是一种无机化合物,别名锰酸二钾,化学式为K₂MnO4,外观为暗绿色晶体或暗绿色粉末,分子量197.132 g/摩尔,密度为2.78g/cm3,具有较强的氧化性,能溶于水形成不稳定的液体,溶于稀氢氧化钾溶液后溶液呈现绿色,在酸性溶液中容易被氧气氧化成高锰酸钾和二氧化锰,在强碱溶液中比较稳定,易发生歧化反应。加热至500℃以上分解为亚锰酸钾,可以与某些有机化合物激烈反应,锰酸钾在190℃时可以进行分解。

锰酸钾是工业生产高锰酸钾 (KMnO4) 的中间体,通过软锰矿和氢氧化钾发生反应制得。锰酸钾可以用作水处理的助凝剂,来降低水的浊度;由于锰酸钾具有强氧化性,因此常用作氧化剂,可与还原剂、部分有机物等发生反应,还可以用作化学消毒剂、媒染剂等。

锰酸钾有毒性,对皮肤、眼睛、呼吸道均可能造成危害,会引起皮肤刺激、严重的眼睛刺激和呼吸道刺激。

理化性质

物理性质

锰酸钾分子量197.132 g/mol,密度为2.78 g/cm3,能溶于水,外观呈现为暗绿色晶体或暗绿色粉末,受热至190 ℃时分解。其溶于水或酸性溶液时不稳定,在碱性溶液中稳定存在,溶液呈绿色。

化学性质

锰酸钾具有强氧化性,可与还原剂、部分有机化合物等发生反应,反应程度激烈;锰酸钾加热至500 ℃以上分解为亚锰酸钾,在酸性溶液中容易被氧气氧化成高锰酸钾二氧化锰,在强碱溶液中比较稳定;

锰酸钾溶液中的锰酸根离子在强碱中能稳定存在,而锰酸钾在酸性、中性以及非强碱溶液中会发生歧化反应

锰酸钾在中性条件下发生的歧化反应:

锰酸钾在酸性条件下发生的歧化反应:

制备方法

加热高锰酸钾制锰酸钾

加热纯高锰酸钾晶体或粉末,高锰酸钾分解为锰酸钾、二氧化锰氧气,该反应比较简便,常用于实验室制取锰酸钾,反应如下:

高锰酸钾制锰酸钾

高锰酸钾饱和溶液与氢氧化钾溶液混合共煮,该反应的反应产物为水和氧气,对环境友好,原子利用率也比较高,反应式如下:

固相焙烧法

固相焙烧法的主要原理是:在高温环境下利用高浓度氢氧化钾(KOH),使软锰矿的主要成分MnO₂转化为K₃MnO4,再通过冷却等处理,将K₃MnO4进一步转化为K₂MnO4,其化学方程式为:

固相焙烧法程序简单、易于操作;但这种方法需要耗时50-60小时,高耗能低效率,所得锰酸钾结晶度低、粒径大小不一,生产过程还容易造成污染。

应用领域

化学化工

制备高锰酸钾

高锰酸钾具有强氧化性,低浓度时可用以杀菌消毒,常用于工业与医药行业,锰酸钾是高锰酸钾(KMnO4)生产的关键。

工业上生产高锰酸钾主要有焙烧法和电解法,制备过程都需要先制得锰酸钾,再进一步加工成高锰酸钾。其生产过程为:将主要成分为MnO₂的软锰矿与熔融氢氧化钾混合后,在氧气中反应制得K₂MnO4,再经电解、结晶、分离、干燥等工序最终得到KMnO4。

锰酸钾用以制备高锰酸钾的反应式如下:

制备二氧化锰

二氧化锰可以用来生产干电池,在化学工业中用作氧化剂,在玻璃工业中作颜料,以及用以制作防毒面具和电极等,锰酸钾可以用来制备二氧化锰,反应式如下:

助凝剂

饮用水生产需要以混凝的方式处理水源的有机化合物污染。在混凝剂投加前投加锰酸钾对水进行预氧化,可以提高混凝效果,具有明显的助凝作用,有助于净化水质。同时,锰酸钾对于高浊度水也有很好的助凝作用;在1 L水样中,投加锰酸钾后水的浊度去除率可以提高到95.59%;而对于高浊度的水,锰酸钾也有很好的助凝作用。

化学药剂

锰酸钾具有氧化性,因此可以用作皮革、织物、油脂的漂白以及水的净化,因其具有较强的氧化性,也可以作为化学消毒剂使用,另外,锰酸钾也可以用作羊毛的媒染剂。

安全事宜

毒理数据

最大暴露阈值0.2 [mg/m3]。

毒性

锰是一种细胞毒物,会损害运输系统、酶活性和受体功能。它主要针对中枢神经系统,锰离子Mn(II)会使得自由基,活性氧和其他细胞毒性代谢产物增加,锰还会破坏细胞抗氧化防御机制,导致氧化损伤和多巴胺神经元的选择性破坏。此外, 锰可以扰乱其他神经递质, 如 GABA (Y)和,Mn(II)的神经毒性与其在生理条件下替代Ca(II)的能力有关。锰可以通过钙转运体进入线粒体并抑制线粒体氧化磷酸化,还可以抑制Ca(II)的外排,这会导致线粒体膜变得不完整。

警示术语

GHS危害声明

H272(100%):与可燃材料接触可能引起火灾;氧化剂[危险:氧化液体;氧化固体]

H315(90.48%):引起皮肤刺激[警告:皮肤腐蚀/刺激]

H319(90.48%):引起严重的眼睛刺激[警告:严重的眼睛损伤/眼睛刺激]

H335(100%):可能引起呼吸道刺激[警告:特定靶器官毒性,单次暴露;呼吸道刺激]

危害

锰酸钾具有强氧化性,与还原剂有机化合物易燃物如硫、磷或金属粉末等混合可以形成爆炸性混合物。

应对措施

急救

眼睛:在流水下冲洗睁开的眼睛几分钟;

摄入:不要诱导呕吐。用水漱口(切勿给失去知觉的人口服任何东西)。立即寻求医疗建议;

皮肤:应立即用冷流水冲洗受影响的部位至少15分钟,然后用肥皂和水彻底清洗。如有必要,该人应淋浴并更换受污染的衣服和鞋子,然后必须寻求医疗救助;

吸入:提供新鲜空气,如果需要,提供人工呼吸。

泄露与消防

泄露:勿使泄漏物与可燃物质(木材、纸品、油等)接触,扫起,转移至安全场所,也可以用大量水冲洗。

灭火剂:雾状水、沙土。

储存

储存于阴凉、干燥、通风良好的库房内。

参考资料

Potassium manganate | K2MnO4 | CID 160931 - PubChem.PubChem.2023-06-15

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